化工行业标准_阻火器的设置_简介

1999 年第 36 卷·52 · 化 工 设 备 设 计 标准化 化工行业标准《阻火器的设置》简介 龚人伟 封淑芝 (中国寰球化学公司 ,北京 100029) 1 推荐性行业标准 《阻火器的设置》HG/ T20570. 19 - 95 已由 原化工部发布 。本规定合订在行业标准《 系统工程设计技术规定》HG/ T20570 - 95 中不 单独发行 。由于关于阻火器设置的同类型标 准和资料比较少 , 需要对该标准在工程设计 中的具体使用作一些说明 。下面将制定标准 时的理解和有关参考资料的部分内容列出 , 在文中附有理解阻火器设置的位置图 。 2 国内相关标准 国内关于“阻火器”的标准有以下几类 : ( 1) 阻火器设置方面的标准 : HG/ T20570. 19 - 95《阻火器的设置》 GBJ 74 - 84《石油库#设计#》 GB 50156 - 92《小型石油库及汽车加油站 设计规范》 Syn 5225 - 87《石油与天然气钻井 、开发 、储 运防火 、防爆安全管理规定》 GB 50177 - 93《氢氧站设计规范》 以上标准的有关条款均阐明了不同介质 、 在何种工况 、位置上 ,需设置阻火器 。 ( 2) 阻火器阻火性能和试验方法方面的 国家标准 : GB 5908 - 86《石油储罐阻火器阻火性能和 试验方法》 GB 13347 - 92《石油气体管道阻火器阻火 性能和试验方法》 ( 3) 阻火器的选用 、检验及验收方面的标 准 ,已完成编写 ,尚未发布 。 3 行业标准《阻火器的设置》HG/ T20570. 19 的说明 ( 1) 《阻火器的设置》HG/ T20570. 19 编制 λ′30 ℃( 试验时 ) 空气导热系数 Ri 管内污垢系数 ΔP 管外空气侧流阻 f 磨擦系数 N 流动方向管排数 ρ 空气密度 vmax 最窄截面处流速 S T 管间距 SC 三角形排列的斜边长 参考文献 1 范明舫 , 换热器多目标约束下的统计选型 ,《化工设备 设计》, Vol 36 ( 1 ) 1999 , pp 9 - 12 2 黄问盈 ,《热管与热管换热器设计基础》, 北京中国铁道 出版社 1995 3 马义伟 , 刘经福 , 钱辉广 ,《空气冷却器》, 北京化学工 业出版社 1982 4 Briggs , D . E . and Young , E . H . , Convection Heat Transfer and Pressure Drop of Air Flowing Across Triangular Pitch Banks of Finned Tubes , CEP , Sump . Ser . , Vol . 59 , No . 41 , pp . 32 - 41 , 1963. 5 高培志 , 傅德胜 ,《 FORTRAB 77 程序设计》, 南京江苏科 学技术出版社 , 1998 6 关于为仪化公司动力厂提供的 7 号机组末冷器芯试运 行情况分析 , 航空工业部第六一四所 , 1990. 7 ( 内部 资料 ) 7 朱燕生 ,《常用机械零部件及机构优化设计程序库 ———原理与使用说明》, 北京机械工业出版社 , 1986 ·53 ·第 6 期 目的是对化工行业提出不同介质 、在何种工 况下 、位置上需设置阻火器 ; 同时提出阻火器 产品的选用方法 。 ( 2) 由于各标准由不同部门 、单位编制 , 并在不同时间分别编制 , 为不引起矛盾和误 解 , 本标准《阻火器的设置》HG/ T20570. 19 中 “石油油品”是指标准 《石油库设计规范》 GBJ 74 - 84 中第 1. 0. 5 条石油库储存的甲 、乙 、 丙 ( A 、B ) 类油品 ;“化学油品”是对应于“石油 油品”而言的 ,“化学油品”即为可燃 、易燃化 学液体物料 。 ( 3) 确定设置阻火器的物料闪点的部分 有关资料介绍如下 : ① 美国石油学会标准 A . P . I sta , 2000 - 1982《常压储罐和低压储罐的通风》指出 : 闪点小于 100 υ ( 37. 8 ℃) 的液体储罐及储 存温度在物质的闪点以上的油品储罐及储存 温度在物质的闪点以上油品储罐 , 应安装呼 吸阀或阻火器 。 ② 美国某化学公司的有关规定指出 : 闪点低于 100 υ ( 37. 8 ℃) 的液体地上储罐 需设置阻火器 。 ③ 美国另一化学公司的有关标准中规 定 : 储存闪点等于或低于 110 υ ( 43. 3 ℃) 的液 体常压储罐 ,阻火器安装在呼吸阀处 。 ④ 北川彻三 (日本 ) 著作《化学安全工学》 中的“通气管”章节中指出 : 储罐内液体的闪点大约在 43 ℃以下时 ,应 在通气管上设置阻火器 。 ⑤ 日本高压力技术协会 IIPIS - G - 103 - 1980《固定顶石油储罐通大气装置指南》规定 中指出 : 液体闪点小于 40 ℃或储存温度在闪点以 上的液体储罐 , 均需安装呼吸阀和阻火器 ; 储 存闪点大于 、等于 40 ℃且小于 70 ℃液体的储 罐自由放空管道 ,建议设置阻火器 。 ⑥ 中 国 国 家 标 准 《石 油 库 设 计 规 范 》 GBJ 74 - 84 第 4. 1. 12 条指出 : 储存甲 、乙类油品和轻柴油的固定顶油 罐 ,必须装设阻火器和呼吸阀 。 同一规范第 1. 0. 5 条的表 1. 0. 5 中 ,列出了 油品类别与油品闪点的关系如表 1 所示 : 表 1 类别 油品闪点( ℃) 举例 甲 28以下 原油、汽油 乙 28至60以下 喷气燃料、灯用煤油、35号轻柴油 丙A 丙B 60至120 120以上 轻柴油、重柴油、20号重油 润滑油、100号重油 ⑦ 参考以上规定和文献 , 标准《阻火器的 设置》HG/ T20570. 19 - 95 规定 : 化学油品的闪 点小于或等于 43 ℃的储罐 (和槽车 ) , 其直接 放空管道 (含带有呼吸阀的放空管道 ) 上设置 阻火器 。 要说明的是 , 本标准规定 , 闪点分界取 43 ℃。闪点小于或等于 43 ℃的化学油品储罐 直接放空管道上 ,必须设置阻火器 。 ( 4) 本标准的阻火器设置是用于爆炸性 气体环境中的可燃性气体 ; 是在可能产生爆 燃 、爆炸的场所 。这里指的可能产生爆燃 、爆 炸 , 主要是指可能产生火源 (点火源 ) ; 物料可 能分介爆炸以及火焰可能向其它设备或管道 传播 (存在引起回火的条件 ) 。当存在这些因 素时 ,就需要在产生产火焰的可燃气体管道的 合适位置设置阻火器 ,以阻止火焰向其它设备 或管道传播 。 有些资料和产品上提出“液体物料 阻火器”, 通常这是指在可燃 、易燃液体储罐 的液体管道上设置的 , 在液体 (空罐 ) 装料和 卸料 ( 空罐 ) 时起作用 , 在本规定中没有涉 及 。 可燃性气体可能形成爆炸性气体危险环 境 , 应按照国家标准《爆炸和火灾危险环境电 力装置设计规范》 GB 50058 - 92 来确定爆炸性 气体危险环境的分区 ( 0 区 、1 区 、2 区 ) , 该标 准对产生爆炸的条件和爆炸危险区域的划分 作了明确说明 。 ( 5) 化工物料可燃气体的放空阻火器设 1999 年第 36 卷·54 · 化 工 设 备 设 计 置 的 部 位 为 标 准 《 阻 火 器 的 设 置 》 HG/ T20570. 19 - 95 第 3. 0. 1 条中各项所列的有关 部位 ; 在可燃气体储罐的直接放空管端和可 燃气体管道上的直接放空管端 ( 含备用放空 管 ) 亦需设置放空阻火器 。 ( 6) 化工物料可燃气体的管道阻火器设 置的部位为本标准第 3. 0. 2 条中各项所列的 有关部位 ,其中也包括以下各项 : 符合本标准第 3. 0. 1 条的可燃 、易燃化学 液体物料储罐的气相连通管的各储罐气相管 口上 ; 槽车 、船 、加料 (吸料 ) 鹤管的与储罐相连 的气相 (在该环境中可能产生爆燃或爆炸 ) 管 上 ; 燃料气进入燃烧炉嘴入口处的燃料气管 道上 ; 爆炸危险环境 0 区中的可燃气体增压机 (鼓风机 ) 的进 、出管口上 * 。 * 德国某阻火器生产厂介绍新的欧洲标准 CEN , 在 “Flame Arresters - Specifications , Operational Kequiremenes and Test procedures ( Pren 12874) ”中提出本项的 。火源可能产生在增 压机 ( 鼓风机 ) 内 。 ( 7) 本标准第 3. 0. 1 及第 3. 0. 2 条指出 : 储罐 、气体回收罐和鼓风机等各类设备中的 可燃性气体在该设备环境中可能产生爆燃或 爆炸时 , 在这些设备 (设备中有液体或没有液 体 ) 的进口气体接管上和出口气体接管上 , 应 设置阻火器 。设备的进口气体接管上设置的 阻火器通常是管道阻火器 ; 设备的出口气体管可能 是直接放空管 , 也可能是气相连通管 、平衡管 或气体出料管 , 在此设置的阻火器是放空阻 火器或管道阻火器 。 ( 8) 可燃性气体在管道中可能产生爆燃 或爆炸时 , 也应在该管道的进 、出口设置阻火 器 。本标准第 3. 0. 2. 1 和第 3. 0. 2. 2 条只指明在 接收设备的入口处设置管道阻火器 , 是因为 通常这类管道的上游设备出口设有阻火器 。 ( 9) 设置阻火器的基本要求是对可能产 生爆燃或爆炸的设备进行火焰隔离 , 这类设 备的可燃气体进 、出口都要设阻火器 。当上 、 下游设备 , 管道 、设备组成可能产生爆炸或爆 燃的区域时 ,阻火器的设置要合理分布 。要使 各个单元安全 , 亦应对阻火器能力最优化 , 即 阻火器设置不重复 、而对不同的危险区或许 要采用不至一个的阻火器或另一种类型阻火 器 。大多数工况 ,火焰是逆着气体物料流动方 向传播 , 因此 , 阻火器一般用来保护上游设备 (习惯称防止回火 ) ; 特殊情况下 , 火焰传播方 向和物料流动方向一致 。当化工工艺 (工艺系 统 ) 专业确定阻火器阻火层两侧都可能产生 火源 、会引起爆炸时 , 这类阻火器需有双向阻 火的功能 ,设置和选型时应注意这点 。 ( 10) 阻火器通常是由制造厂为特定的过 程作具体设计 ,常需配置一些辅助设备 。选用 合适阻火器的基本依据是阻火器阻火性能的 测试结果 。 不同物质 、不同工况 、不同的阻火性能要 求 , 应选用不同阻火层结构 、尺寸的阻火器 。 不同的物质可按标准《阻火器的设置》 HG/ T20570. 19 - 95 中的表 4. 0. 1 来分类 ; 不同工况 将产生不同的阻火性能要求 。由于工况 ( 温 度 、压力和管径大小 、管道长度 、配管形状及 安装位置即点火源的位置 ) 不同 , 也直接影响 火焰传播速度 , 并影响产生的火焰波压力 , 这 将引起不同的阻火性能 ( 阻爆燃还是阻爆轰 等 ) , 这不同的阻火性能的确定也依据测试值 和经验积累 。 即使确定了工况条件下需设置的是阻爆 轰型阻火器 , 但因阻火器与火源之间的位置 不同 , 当气体产生爆炸时 , 火焰波到达阻火器 的气体爆炸速度超过声速 , 甚至大于声速多 倍 。对不同速度 , 为达到阻火目的 , 阻爆轰型 阻火器的阻火元件的结构和尺寸是不同的 。 ( 11) 高气速可以防止火焰回火 。德国某 阻火器公司介绍 , 当燃气气体设备中气体 (气 相 ) 压力大于 0. 1 MPa (表 ) 时 ,设备的气体放空 口可不设置阻火器 。该公司解释 ,压力系统的 爆炸危险区域设备的放空管上不需设置阻火 ·55 ·第 6 期 器 ,是由于可燃气体在管口的排出流速大于火 焰回火速度 。在压力条件下 ,火焰不可能回入 设备内而引起可燃性气体产生爆燃或爆炸 。 压力值大于 0. 15 MPa (表 ) 是很有用的经验值 , 可用于系统设置阻火器参考 。例如 : 常温储存 的液化石油气储罐 , 储存压力约 0. 6～ 0. 7 MPa (表 ) , 因此向大气的放空管上不设阻火器 ; 燃 料气进燃烧炉烧嘴的压力大于 0. 15 MPa ( 表 ) 时 ,燃料气进入燃料炉烧嘴的燃料管上亦不设 置阻火器 。压力系统不设置阻火器 ,应设有相 应的安全措施 、切断和控制系统 。 不同的可燃气体 , 多大压力下不设阻火器 (即多大气体流速 , 可防止火焰回火 ) 尚没看 到其它有关资料的详细介绍 。本标准中 ,没有 说明压力 (气速 ) 与设置阻火器的关系 。 ( 12) 对于易分介的物料和粉尘爆炸混合 气体 ,不能简单套用标准《阻火器的设备》HG/ T20570. 19 - 95 中表 4. 0. 1 的物质分类来选取 阻火器 ,只能经过符合实际物质的操作工况条 件下的测试 ,才能选用合格的阻火器 。 ( 13) 根据国际的习惯和经验 , 合格的阻 火器制造厂应具备所生产的各类阻火器完整 的阻火性能和数据测试报告 ,并有合格的检验 及验收证书 。由于有一定的产品生产和开发 能力 , 并积累了实际经验 , 就能为用户提出正 确的阻火器选型和阻火器合理设置位置的意 见 。工程项目的设计单位或工厂用户的工艺 (工艺系统 ) 专业人员提出阻火器设置位置并 初选阻火器 , 将工艺参数 、条件 , 设置位置提 给阻火器制造厂 ,由制造厂汇同用户和工程项 目设计单位 , 按工艺要求 、根据阻火器能力最 优化和积累的经验 ,确定阻火器最终的设置位 置及阻火器选型 。 4 阻火器设置的位置图 图 1 中 , 原则表示了可燃 、易燃化学液体 物的装卸 、储运系统 , 可燃气体回收系统 , 可 燃气体燃烧系统的阻火器通常设置的位置 。 图中没有包括合适配置的阀门 、控制系统和其 它相应设备 。 图 1 阻火器设备的位置图 图中阻火器编号的含义为 : A —通常采用双向作用的防爆轰阻火器 ; B —采用耐长时间燃烧的放空阻火器 ( 或 带呼吸阀 ) ; C —通常采用防爆轰阻火器 ; D —气体增压 (鼓风 ) 机的进 、出口 (在进 、 出管口上 ) 通常采用防爆燃阻火器 ( 0 区 ) ; E —根据工况 、安装位置来决定是防爆燃 还是防爆轰阻火器 。 图中“MIN”是指阻火器应安装在接近火源 的部位 : 对于燃烧炉烧嘴的燃料气管上设置的阻 火器 , 当阻火器紧靠烧嘴 (火源 ) 时 , 德国某阻 火器生产厂提出经验值是 ( L / D ) < 20 时不会 产生爆轰 ( L 为阻火器至烧嘴口火源的距离 、 D 为管道公称直径 ) , 可选用防爆燃阻火器 ; 当 ( L / D ) > 20 时 ,应采用防爆轰阻火器 。 对于火炬系统 , 火源往往离火炬塔底部几 十米 ,故需采用防爆轰阻火器 。